中小型水庫(kù)管理自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)研究與應(yīng)用

劉　奇　吳永躍

摘要中小型水庫(kù)管理自動(dòng)化系統(tǒng)是一項(xiàng)科研與工程實(shí)踐相結(jié)合的研究成果。以遼寧省棋盤山水庫(kù)為例，介紹了中小型水庫(kù)管理自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)的研究成果與應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞中小型水庫(kù)；管理自動(dòng)化；洪水預(yù)報(bào)調(diào)度；棋盤山水庫(kù)

中圖分類號(hào)TV697.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào) 1007-5739（2009）06-0243-01

1立項(xiàng)背景

棋盤山水庫(kù)是1977年8月建成的一座中型山谷水庫(kù)。2006年3月，棋盤山水庫(kù)管理自動(dòng)化系統(tǒng)工程正式開(kāi)始實(shí)施，系統(tǒng)工程項(xiàng)目總投資300萬(wàn)元。系統(tǒng)采用統(tǒng)一平臺(tái)，全面、直觀、系統(tǒng)地將各子系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)信息及成果展現(xiàn)給水庫(kù)管理與決策人員，系統(tǒng)已成為水庫(kù)管理與決策的重要支持平臺(tái)，為水庫(kù)的現(xiàn)代化建設(shè)和管理水平帶來(lái)了質(zhì)的飛躍。

2研究?jī)?nèi)容

棋盤山水庫(kù)管理自動(dòng)化系統(tǒng)工程是在水庫(kù)專業(yè)自動(dòng)化建設(shè)基礎(chǔ)上建立起來(lái)的，項(xiàng)目建設(shè)了棋盤山水庫(kù)調(diào)度信息中心，實(shí)現(xiàn)水庫(kù)控制與管理的統(tǒng)一信息支持平臺(tái)。項(xiàng)目研究的主要內(nèi)容有：①水庫(kù)控制流域水情遙測(cè)與洪水預(yù)報(bào)調(diào)度系統(tǒng)；②大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；③輸水洞超聲波測(cè)流系統(tǒng)；④遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控巡視系統(tǒng)。該系統(tǒng)達(dá)到設(shè)計(jì)先進(jìn)、設(shè)備性能穩(wěn)定、功能全面實(shí)用的目的，系統(tǒng)建設(shè)與管理達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。

3主要成果

3.1水庫(kù)控制流域水情遙測(cè)與洪水預(yù)報(bào)調(diào)度系統(tǒng)

系統(tǒng)在功能邏輯上由信息查詢、洪水預(yù)報(bào)、洪水調(diào)度方案生成、洪水調(diào)度方案評(píng)價(jià)等功能組成。

（1）信息查詢。實(shí)時(shí)雨情查詢及其報(bào)表統(tǒng)計(jì)與輸出，實(shí)時(shí)水雨情與歷史大洪水的對(duì)比查詢。提供了基于B/S體系結(jié)構(gòu)的信息查詢服務(wù)。

（2）洪水預(yù)報(bào)。洪水預(yù)報(bào)功能模塊實(shí)現(xiàn)了從水文遙測(cè)系統(tǒng)提取實(shí)時(shí)降雨量，計(jì)算前期土壤含水量，根據(jù)落地雨作交互式洪水預(yù)報(bào)，根據(jù)假擬降雨作模擬洪水預(yù)報(bào)。

（3）洪水調(diào)度。洪水調(diào)度功能模塊包括交互式洪水調(diào)度方案生成、方案評(píng)價(jià)及歷史洪水與設(shè)計(jì)洪水模擬調(diào)度三部分。

（4）數(shù)據(jù)庫(kù)管理。數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能模塊包括數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)錄入與維護(hù)和水雨情數(shù)據(jù)整編兩部分，系統(tǒng)預(yù)留了歷史數(shù)據(jù)輸入接口，保證數(shù)據(jù)的連續(xù)性、序列性。

（5）資料整編與報(bào)表生成。實(shí)現(xiàn)根據(jù)監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)分析成果自動(dòng)完成水庫(kù)的日常報(bào)表與標(biāo)準(zhǔn)化的資料整編功能。

3.2大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

棋盤山水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)完全實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集的自動(dòng)化、分析與評(píng)價(jià)模型的電算化、監(jiān)測(cè)信息與分析成果的信息化。

（1）大壩外部變形觀測(cè)數(shù)據(jù)采集、分析與處理。系統(tǒng)設(shè)大壩表面水平位移觀測(cè)點(diǎn)14個(gè)，豎向沉降觀測(cè)點(diǎn)14個(gè)。其中，大壩水平位移觀測(cè)采用全站儀自動(dòng)數(shù)據(jù)采集，輔以觀測(cè)后處理軟件的觀測(cè)方案，系統(tǒng)采用全站儀現(xiàn)場(chǎng)搬站觀測(cè)；大壩豎向沉降監(jiān)測(cè)采用高精度數(shù)字水準(zhǔn)儀，輔以觀測(cè)后處理軟件的觀測(cè)方案。系統(tǒng)將自動(dòng)觀測(cè)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在PC卡中，再由PC卡傳送到計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行存儲(chǔ)，通過(guò)數(shù)據(jù)分析處理軟件對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，得出科學(xué)可靠的大壩運(yùn)行狀態(tài)與變化趨勢(shì)的分析結(jié)論，并在計(jì)算機(jī)及其網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)成果顯示、發(fā)布與輸出打印等操作。

（2）大壩滲流觀測(cè)數(shù)據(jù)采集與傳輸。大壩滲流自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)共設(shè)測(cè)點(diǎn)24個(gè)，考慮整個(gè)系統(tǒng)測(cè)點(diǎn)比較集中，系統(tǒng)采用現(xiàn)場(chǎng)總線分層分布式結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)1臺(tái)DAU數(shù)據(jù)采集與測(cè)控單元，2臺(tái)數(shù)據(jù)采集模塊單元，負(fù)責(zé)采集各測(cè)點(diǎn)的壩基滲流數(shù)據(jù)和測(cè)壓管壩體滲流數(shù)據(jù)，并由DAU數(shù)據(jù)采集與測(cè)控單元完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集的離線自動(dòng)控制、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并通過(guò)光纜與中心控制室內(nèi)計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)觀測(cè)數(shù)據(jù)高速傳輸，從而構(gòu)成集數(shù)據(jù)自動(dòng)采集控制、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與傳輸功能于一體的大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)。系統(tǒng)建設(shè)過(guò)程中采用自主研發(fā)的大壩深孔測(cè)壓孔封孔技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了壩基滲流、壩體滲流的同孔同步觀測(cè)，在保證觀測(cè)數(shù)據(jù)可靠性的同時(shí)，使觀測(cè)數(shù)據(jù)更符合規(guī)范要求，并且降低工程造價(jià)投資，目前該技術(shù)已申請(qǐng)發(fā)明專利。

（3）大壩安全監(jiān)測(cè)分析評(píng)價(jià)系統(tǒng)。根據(jù)多年的水庫(kù)大壩安全分析評(píng)價(jià)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合水庫(kù)實(shí)際特點(diǎn)與需求，開(kāi)發(fā)了可視化的土石壩安全監(jiān)測(cè)分析評(píng)價(jià)系統(tǒng)軟件。系統(tǒng)由采集管理子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)信息管理子系統(tǒng)及分析評(píng)價(jià)預(yù)報(bào)子系統(tǒng)組成，利用經(jīng)典水工分析與評(píng)價(jià)電算化模型，對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)化、科學(xué)化、專業(yè)化分析。建立集壩體裂縫分析、過(guò)程線分析、浸潤(rùn)線分析、位勢(shì)分析、相關(guān)性分析等分析模型，結(jié)合灰色關(guān)聯(lián)分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊綜合評(píng)價(jià)，最終得出科學(xué)可靠的大壩運(yùn)行安全狀況分析結(jié)論，為專家領(lǐng)導(dǎo)會(huì)商決策提供可靠依據(jù)。

3.3輸水洞超聲波測(cè)流系統(tǒng)

系統(tǒng)采用多聲道內(nèi)貼式超聲流量測(cè)量系統(tǒng)，測(cè)量原理為時(shí)差法，采用對(duì)流速分布和對(duì)面積分布二次積分得到高精度流量數(shù)據(jù)，測(cè)得的流量數(shù)據(jù)包括瞬時(shí)流量、累計(jì)流量、正累計(jì)流量、負(fù)累計(jì)流量、流速、流速分布、聲速、時(shí)間、日期、量程比等除可在現(xiàn)場(chǎng)顯示、輸出外，還具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、歷史數(shù)據(jù)查詢等功能，并通過(guò)串行通訊，利用光纜實(shí)現(xiàn)與控制中心的遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)共享。

3.4遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控巡視系統(tǒng)

（1）監(jiān)控點(diǎn)分布。系統(tǒng)設(shè)（重點(diǎn)部位）視頻監(jiān)控巡視站5個(gè)，分布于輸水洞入口2點(diǎn)、輸水洞出口3點(diǎn)，分別對(duì)閘控室設(shè)備運(yùn)行狀況、閘門運(yùn)行狀況、出流狀況進(jìn)行不間斷監(jiān)控與巡視。

（2）視頻監(jiān)控巡視系統(tǒng)建設(shè)成果。通過(guò)該系統(tǒng)管理人員能夠?qū)崟r(shí)、直觀地實(shí)現(xiàn)巡視，了解和掌握閘控室設(shè)備運(yùn)行狀況、各閘門運(yùn)行狀況、出流狀況等現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行與安全情況，并能夠通過(guò)高密度數(shù)字錄像系統(tǒng)實(shí)時(shí)記錄現(xiàn)場(chǎng)圖像信息以作資料。特別在汛期，通過(guò)對(duì)庫(kù)區(qū)來(lái)水和水尺等的直觀觀測(cè)，配合工程測(cè)控系統(tǒng)，直接為防汛調(diào)度服務(wù)。同時(shí)，根據(jù)監(jiān)控點(diǎn)反饋的信息，預(yù)測(cè)某些出險(xiǎn)情況，當(dāng)發(fā)生異常情況時(shí)，支持管理人員能夠迅速做出正確判斷，并進(jìn)行指揮。

4結(jié)語(yǔ)

該項(xiàng)目建成后，可提高水庫(kù)大壩的防洪能力，及時(shí)發(fā)現(xiàn)壩體安全隱患，將為水庫(kù)帶來(lái)顯著的防洪效益和水資源效益。尤其可為水庫(kù)大壩除險(xiǎn)加固建設(shè)工程提供全面的自動(dòng)化解決方案。系統(tǒng)的功能先進(jìn)合理，可有效解決壩體運(yùn)行管理中的實(shí)際問(wèn)題，提高水庫(kù)安全管理水平，具有良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。目前我國(guó)現(xiàn)有土石壩7萬(wàn)多座，為該項(xiàng)目提供了廣闊的推廣應(yīng)用平臺(tái)。